DE102005023323A1

DE102005023323A1 - Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102005023323A1
Application number: DE200510023323
Authority: DE
Inventors: Uwe Nigrin; Ngoc-Tam Vu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, geeignet zum Einbau in ein Gehäuse, umfassend wenigstens einen Ventilkörper (1), einen in einer Führungsbohrung (2) des Ventilkörpers (1) geführten Ventilstößel (3), mit einem an dem Ventilstößel (3) ausgebildeten Ventilteller (4), der dichtend an einem Ventilsitz (5) anlegbar ist, und einer Ventilfeder (6) zum Vorspannen des Ventilstößels (3). Der Ventilstößel (3) ist dabei mittels der Ventilfeder (6) in Öffnungsrichtung vorgespannt. Hierdurch kann das Fluid schnell und strömungsgünstig in den Ventilkörper (1) einströmen. Das erfindungsgemäße Rückschlagventil eignet sich insbesondere als Rückschlagventil für eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen. Bei der Verwendung eines solchen Rückschlagventils lässt sich in besonders vorteilhafter Weise das Totraumvolumen im Zylinderraum der Radialkolbenpumpe minimieren und die Einströmzeit verringern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil geeignet zum Einbau in ein Gehäuse, umfassend wenigstens einen Ventilkörper, einen, in einer Führungsbohrung des Ventilkörpers geführten Ventilstößel, mit einem an dem Ventilstößel ausgebildeten Ventilteller der dichtend an einem Ventilsitz anlegbar ist, und eine Ventilfeder zum Vorspannen des Ventilstößels.

Gattungsgemäße Rückschlagventile werden beispielsweise als Rückschlagventile in Radialkolbenpumpen zur Kraftstoffhochdruckversorgung eingesetzt. Eine solche Anordnung ist zum Beispiel aus der EP 0 925 446 B1 bekannt. Das Rückschlagventil weist dabei einen in einer Führungsbohrung eines Ventilkörpers geführten Ventilstößel mit einem an dem Ventilstößel ausgebildeten Ventilteller auf, der dichtend an einem Ventilsitz anlegbar ist. Der Ventilstößel ist dabei mittels einer Feder in Schließrichtung vorgespannt.

Nachteilig an einer solchen Lösung ist, dass zunächst ein Unterdruck aufgebaut werden muss um die Federkraft zu überwinden und das Saugventil gegen die Federkraft zu öffnen. Hierdurch kommt es zu einem verzögerten Öffnen des Saugventils. Der Pumpenkolben legt dabei zunächst einen Leerhub bis zum erreichen des zum Öffnen des Ventils erforderlichen Unterdrucks zurück, was zu einer unvollständigen Befüllung des Zylinderraums und zu einem großen Todraumvolumen führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik, ein Rückschlagventil bereit zu stellen, welches innerhalb sehr kurzer Zeit öffnet, und welches ein geringes Todraumvolumen aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Rückschlagventil welches zum Einbau in ein Gehäuse geeignet ist, umfassend wenigstens einen Ventilkörper, einen, in einer Führungsbohrung des Ventilkörpers geführten Ventilstößel, mit einem an dem Ventilstößel ausgebildeten Ventilteller der dichten an einem Ventilsitz anlegbar ist, und eine Ventilfeder zum Vorspannen des Ventilstößels, zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilstößel mittels der Ventilfeder in Öffnungsrichtung vorgespannt ist. Hierdurch kann das Fluid das Rückschlagventil in seiner Ruhestellung ungehindert und besonders strömungsgünstig durchströmen. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten Rückschlagventilen ist es nicht notwendig stromabwärts des Rückschlagventils zunächst einen Unterdruck aufzubauen der größer ist als die Federkraft des Rückschlagventils um so den Ventilstößel vom Ventilsitz abzuheben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Rückschlagventil mittels eines Befestigungselements im Gehäuse befestigt ist. Hierdurch wird eine sichere Befestigung des Rückschlagventils gewährleistet und ein mögliches Lösen des Ventils im Gehäuse sicher verhindert. Dies trägt zu einer erhöhten Betriebssicherheit bei.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Befestigungselement als Gewindestift ausgebildet ist. Die Ausbildung als Gewindestift ermöglicht eine besonders einfach Befestigung des Rückschlagventils im Gehäuse. Zu dem ist eine solche Ausbildung einfach herzustellen und preiswert.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist in dem Befestigungselement eine Zulaufleitung ausgebildet, die wenigstens Abschnittsweise mit dem Ventilstößel eine gemeinsame Längsachse bildet. Hierdurch ergibt sich ein besonders strömungsgünstiger und turbulenzarmer Zulauf zum Rückschlagventil.

Eine erfindungsgemäß bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an der zum Ventilstößel zugewandten Mündung der Zulaufleitung der Ventilsitz ausgebildet ist, an dem der Ventilteller dichtend anlegbar ist. Eine derartige Ausbildung ist einfach herstellbar und garantiert eine sichere Abdichtung.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Ventilfeder zwischen dem Befestigungselement und dem Ventilteller angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und bauraumoptimierte Ausbildung des Rückschlagventils. Durch die Anordnung der Feder in einer Achse mit dem Ventilstößel wird zudem ein verkanten des Ventilstößels während der Stößelbewegung sicher vermieden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, im Ventilteller eine Arretierung für die Ventilfeder auszubilden. Durch diese Maßnahme wird ein verrutschen der Ventilfeder während des Betriebes des Rückschlagventils sicher verhindert und somit die Betriebssicherheit des Rückschlagventils weiter verbessert.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Ventilkörper eine koaxial zur Führungsbohrung des Ventilkörpers erweiterten Bereich zur Aufnahme des Ventiltellers in geöffneter Ventilstellung aufweist, dergestalt, dass zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilteller ein Öffnungsquerschnitt freigegeben ist. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine besonders kompakte und Bauraumoptimierte Ausgestaltung des Rückschlagventils und ein geringes Todraumvolumen erreicht.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Ventilkörper wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Gleichmäßig auf einem Lochkreis verteilte Durchlassöffnungen ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich einerseits eine strömungsgünstige Ausbildung des Rückschlagventils und andererseits lässt sich hierdurch eine besonders große Führungsfläche für den Ventilstößel erreichen. Da das Fluid nicht wie sonst üblich direkt am Schaft des Ventilstößels vorbei strömt kann die Führungsfläche für den Ventilstößel länger ausgebildet werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Durchlassöffnungen parallel zum Ventilstößel verlaufen. Hierdurch ergibt sich eine weiter verbesserte und strömungsgünstigere Durchströmung des Ventils. Zudem ist die Herstellung wesentlich einfacher, da die Führungsbohrung für den Ventilstößel und die Durchlassöffnungen in einem Arbeitsschritt hergestellt werden können und das Werkstück nicht umgespannt werden muss.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Durchlassöffnungen dergestalt in den Ventilkörper eingebracht sind, das sie in geöffneter Ventilstellung teilweise vom Ventilstößel überdeckt sind. Durch die teilweise Überdeckung, wird im Falle einer Strömungsumkehrung, auf Grund eines erhöhten Strömungswiderstands am Ventilstößels, ein schnelles schließen des Rückschlagventils gewährleistet.

Die Erfindung umfasst weiter eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, mit einem Pumpengehäuse und wenigstens einer in das Pumpengehäuse und/oder einem Zylindereinsatz eingebrachten, einen Zylinderraumbildenden Durchgangsöffnung, wobei in der Durchgangsöffnung ein Ansaugventil welches als Rückschlagventil nach einem der oben beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet ist, angeordnet ist. Hierdurch wird ein sehr schnelles und energetisch vorteilhaftes Einströmen des Kraftstoffs in den Zylinderraum der Radialkolbenpumpe ermöglicht. Das Todraumvolumen ist Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besonders gering.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Rückschlagventil koaxial zur Durchgangsöffnung angeordnet ist. Durch die koaxiale Anordnung ergibt sich eine weiter verbesserte Zuströmung des Kraftstoffs durch das Rückschlagventil in den Zylinder der Radialkolbenpumpe und die Montage des Rückschlagsventils vereinfacht sich.

Die Radialkolbenpumpe mit einem in das äußere Ende der Durchgangsöffnung eingebrachten Verschlusselements, welches den Zylinderraum druckdicht verschließt zeichnet sich in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch aus, dass das Verschlusselement gleichzeitig als Befestigungselement für das Rückschlagventil ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache und zudem bauraumoptimierte Ausbildung. Das Verschlusselement übernimmt dabei zwei Aufgaben nämlich die Abdichtung des Zylinderraums sowie die Befestigung des Rückschlagventils in der Radialkolbenpumpe.

Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt schematisch:
1: Ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil eingebaut in ein Radialkolbenpumpe;
2: Eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils wie es in der Radialkolbenpumpe nach 1 verwendet wird.
Gleiche bzw. funktionsreiche Bauteile werden nachfolgend Figurübergreifend mit dem gleichem Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil eingebaut in eine Radialkolbenpumpe. Die Radialkolbenpumpe umfasst ein Pumpengehäuse 13 und wenigstens einen Zylindereinsatz 14. Der Zylindereinsatz 14 weist eine als Stufenbohrung ausgebildete Durchgangsöffnung 16 auf. Ein erster der Antriebswelle 21 zugewandte Abschnitt 18, der Durchgangsöffnung 16, ist als Zylinderraum 15 ausgebildet. In dem Zylinderraum 15 ist ein Pumpenkolben 22 axial verschiebbar angeordnet. Im Anschluss an den ersten Abschnitt 18 schließt sich ein zweiter im Durchmesser erweiteter Abschnitt 19 an. In diesem zweiten erweiterten Abschnitt 19 ist ein Rückschlagventil angeordnet. Das Rückschlagventil ist vorzugsweise in den zweiten erweiterten Abschnitt 19 eingepresst und liegt mit einer Stirnseite gegen eine Schulter der Durchgangsöffnung 16 an, die vom ersten Abschnitt 18 gebildet ist. An diesem zweiten erweiterten Abschnitt 19 schließt sich ein dritter Abschnitt 20 mit einem wiederum vergrößerten Durchmesser an. In diesem dritten Abschnitt 20, der Durchgangsöffnung 16, ist ein Verschlusselement 17 angeordnet, welches die Durchgangsöffnung 16 druckdicht zur Umgebung verschließt. Das Verschlusselement 17 dient dabei gleichzeitig als Befestigungselement 7 zur Befestigung des Rückschlagventils in der Durchgangsöffnung 16. Das Verschlusselement 17 ist dabei vorzugsweise als Gewindestift ausgebildet.
Das Rückschlagventil umfasst einen Ventilkörper 1 so wie einen, in einer Führungsbohrung 2 des Ventilkörpers 1 geführten Ventilstößel 3. Der Ventilstößel 3 weist einen Ventilteller 4 auf, der dichtend an einem im Befestigungselement 7 ausgebildeten Ventilsitz 5 anlegbar ist.
Der Ventilstößel 3 ist mittels einer Ventilfeder 6 in Öffnungsrichtung vorgespannt, so dass das Rückschlagventil in Ruhestellung stets geöffnet ist und vom Fluid durchströmt werden kann.
Die Ventilfeder 6 ist einen Ends im Befestigungselement 7 und anderen Ends in einer Arretierung 10 welche im Ventilteller 4 ausgebildet ist angeordnet. Hierdurch kann die Ventilfeder 6 sich während des Betriebs des Rückschlagventils nicht seitlich verschieben.
Der Ventilkörper 1 weist einen koaxial zur Führungsbohrung 2 des Ventilkörpers 1 erweiterten Bereich auf. Dieser erweiterte Bereich dient zur Aufnahme des Ventiltellers 4. Der Durchmesser des erweiterten Bereichs ist größer als der Durchmesser des Ventiltellers 4, so dass zwischen dem Außendurchmesser des Ventiltellers 4 und dem erweiterten Bereich ein Ringraum 11 ausgebildet wird. Von diesem Ringraum 11 führen vorzugsweise mehrere, gleichmäßig über einen Lochkreis verteilte Durchlassöffnungen 12 zum Zylinderraum 15.
Die Durchlassöffnungen 12 verlaufen dabei vorzugsweise parallel zum Ventilstößel 3. Dies vereinfacht insbesondere die Herstellung des Ventilkörpers 1, da dieser so in einem Arbeitsschritt d. h. ohne das Werkstück umspannen zu müssen hergestellt werden kann. Durch die gleichmäßige Verteilung der Durchlassöffnungen 12 wird darüber hinaus eine gleichmäßige und symmetrische Beaufschlagung des Ventilstößels 3 erzielt, wodurch ein verkanten des Ventilstößels 3 innerhalb der Führungsbohrung 2 weitgehend ausgeschlossen wird.
Bei vollständig geöffnetem Ventil überdeckt der Ventilteller 4 des Ventilstößels 3 teilweise die Durchlassöffnungen 12. Hierdurch wirkt im Falle einer Strömungsumkehrung eine Strömungskraft auf den Ventilstößel 3 die ein schnelles Schließen des Rückschlagventils bewirkt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Rückschlagventils am Beispiel der in 1 dargestellten Radialkolbenpumpe kurz erläutert. Bewegt sich der Pumpenkolben 22 von seiner in 1 dargestellten oberen Todpunktstellung in Richtung der Antriebswelle 21 so entsteht im Zylinderraum 15 ein Unterdruck und das Fluid strömt durch eine Ansaugleitung 24 und mehrere im Befestigungselement 7 ausgebildete Querbohrungen 25 zum Rückschlagventil. Aufgrund der im Ruhezustand geöffneten Stellung des Rückschlagventils kann das Fluid über die Zulaufleitung 8, den Ringraum 11 und die Durchlassöffnungen 12 in den Zylinderraum 15 einströmen.
Nachdem der Pumpenkolben 22 seine untere Endstellung erreicht hat beginnt der Arbeitshub der Radialkolbenpumpe. Dabei bewegt sich der Pumpenkolben 22 radial nach außen, wodurch sich das Volumen des Zylinderraums 15 verringert. Hierdurch wird zunächst eine geringe Menge des Fluides durch die Durchlassöffnungen 12 des Rückschlagventils gedrückt. Da der Ventilteller 4 die Durchlassöffnungen 12 teilweise verdeckt entsteht am Ventilstößel 3 ein Strömungswiderstand, wodurch der Ventilstößel 3 aus seiner Ausgangsposition gegen den Ventilsitz 5 gedrückt wird. Hierdurch wird das Rückschlagventil geschlossen und der im Zylinderraum 15 befindliche Kraftstoff komprimiert. Der komprimierte Kraftstoff kann anschließend über ein Auslassventil 26 ausströmen.
Aufgrund des in Öffnungsrichtung vorgespannten Ventilstößels 3 kann der Kraftstoff im Saugbetrieb der Radialkolbenpumpe besonders strömungsgünstig in den Zylinderraum einströmen. Der Kraftstoff gelangt dabei unmittelbar zu Beginn des Ansaughubs durch das Rückschlagventil in den Zylinderraum 15. Es ist nicht wie bei den bislang verwendeten Rückschlagventilen notwendig zunächst einen Unterdruck zum Öffnen des Saugventils aufzubauen. Hierdurch ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise ein sehr geringes Todvolumen im Zylinderraum 15.
Das erfindungsgemäße Rückschlagventil kann auf einfache Weise gegen die bislang verwendeten Rückschlagventile ausgetauscht werden, ohne dass hierzu ein hoher konstruktiver Aufwand erforderlich ist. Durch die koaxiale Anordnung des Rückschlagventils in der Durchgangsöffnung 16 ergibt sich dabei eine einfache Ausbildung und Montage des Rückschlagventils.
2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des erfindungsgemäßen Rückschlagventils. In der Zeichnung ist insbesondere die gleichmäßig auf einem Lochkreis angeordnete Verteilung der Durchlassöffnungen 12 parallel zum Ventilstößel 3 sichtbar. Die symmetrische Anordnung der Durchlassöffnungen 12 sorgt für eine gleichmäßige Belastung des Ventilstößels 3 und verhindert dadurch wirkungsvoll ein verkanten des Ventilstößels 3 in der Führungsbohrung 2. Darüber hinaus ist in 2 deutlich die Arretierung 10 zu erkennen die für eine sichere Fixierung der Ventilfeder 6 sorgt. Die weiteren Details des Rückschlagventils sind bereits in 1 dargestellt und beschrieben worden, so dass hier nicht noch einmal näher darauf eingegangen werden soll.
Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass sich durch das erfindungsgemäße Vorspannen des Ventilstößels 3 mittels einer Ventilfeder 6 in Öffnungsrichtung mehrere Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ergeben. Zum einen ermöglicht die in Ruhestellung geöffnete Ventilstellung ein besonders schnelles und strömungsgünstiges Einströmen des Fluides während der Saugphase zum anderen wird auf diese Weise das Todvolumen des Ventils und im Falle der Verwendung des Rückschlagventils bei einer Radialkolbenpumpe auch das Todvolumen des Zylinderraums deutlich verringert.

Claims

Rückschlagventil geeignet zum Einbau in ein Gehäuse, umfassend wenigstens – einen Ventilkörper (1); – einen, in einer Führungsbohrung (2) des Ventilkörpers (1) geführten Ventilstößel (3), mit einem an dem Ventilstößel (3) ausgebildeten Ventilteller (4) der dichtend an einem Ventilsitz (5) anlegbar ist; und – eine Ventilfeder (6) zum Vorspannen des Ventilstößels(3) dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (3) mittels der Ventilfeder (6) in Öffnungsrichtung vorgespannt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil mittels eines Befestigungselements (7) im Gehäuse befestigt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (7) als Gewindestift ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Befestigungselement (7) eine Zulaufleitung (8) ausgebildet ist, die wenigstens Abschnittsweise mit dem Ventilstößel (3) eine gemeinsame Längsachse (9) bildet.
Rückschlagventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der zum Ventilstößel (3) zugewandten Mündung der Zulaufleitung (8) der Ventilsitz (5) ausgebildet ist, an dem der Ventilteller (4) dichtend anlegbar ist.
Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (6) zwischen dem Befestigungselement (7) und dem Ventilteller (4) angeordnet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilteller (4) eine Arretierung (10) für die Ventilfeder (6) ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) einen koaxial zur Führungsbohrung (2) des Ventilkörpers (1) erweiterten Bereich zur Aufnahme des Ventilteller (4) in geöffneter Ventilstellung aufweist, dergestalt, dass zwischen dem Ventilsitz (5) und dem Ventilteller (4) ein Öffnungsquerschnitt freigegeben ist.
Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilkörper (1) wenigstens eine, vorzugsweise mehrere gleichmäßig auf einen Lochkreis verteilte, Durchlassöffnungen (12) ausgebildet sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (12) parallel zum Ventilstößel (3) verlaufen.
Rückschlagventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (12) dergestalt in den Ventilkörper (1) eingebracht sind, dass sie in geöffneter Ventilstellung teilweise vom Ventilstößel (3), verdeckt sind.
Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, mit einem Pumpengehäuse (13) und wenigstens einer in das Pumpengehäuse (13) und/oder einem Zylindereinsatz (14) eingebrachten, einen Zylinderraum (15) bildenden Durchgangsöffnung (16), dadurch gekennzeichnet, dass in der Durchgangsöffnung (16) ein Ansaugventil welches als Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist, angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil koaxial zur Durchgangsöffnung (16) angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 12 oder 13, mit einem in das äußere Ende der Durchgangsöffnung (16) eingebrachten Verschlusselement (17), welches den Zylinderraum (15) druckdicht verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (17) gleichzeitig als Befestigungselement (7) für das Rückschlagventil ausgebildet ist.